次世代の持続可能な材料：主要な成長の機会と市場の洞察

ホワイトスペース分析は、既存の市場に関する詳細なレポートです。 どのような製品、サービス、テクノロジーが存在するか、成功しているもの、苦戦しているもの、将来のイノベーションや起業家精神に向けた潜在的な市場ギャップなど、市場の状態を特定します。 この「次世代」動物代替材料業界の詳細なホワイトスペース分析は、マテリアルズ イノベーション イニシアチブによる2021 年 6 月の業界現状レポート MII は、次世代の材料科学とイノベーションのためのシンクタンクです。 このレポートでは、次世代材料業界の著名な投資家である The Mills Fabrica と提携しました。

次世代素材は、革、シルク、ウール、毛皮、ダウンなどの動物由来の素材 イノベーターは、「バイオミミクリー」を使用して、置き換えられる動物製品の外観、感触、有効性をコピーします。 ただし、次世代の素材は、ポリエステル、アクリル、ポリウレタンなどの石油化学製品から作られる合成皮革などの「現行世代」の動物性代替素材と同じではありません。 次世代の材料は、二酸化炭素排出量を最小限に抑えるために、プラスチックではなく「バイオベース」の材料を使用する傾向があります。 バイオベースの材料には、微生物、植物、菌類が含まれます。 次世代材料生産のすべての部分が完全にバイオベースであるわけではありませんが、業界は新たなグリーンケミストリー技術を通じて持続可能なイノベーションを目指して努力しています。

ホワイトスペース分析により、次世代材料業界におけるイノベーションの 7 つの重要な機会が特定されます。

1. 革新性が限られた次世代材料がいくつかあります。 業界の不釣り合いな数 (約 2/3) のイノベーターが次世代レザーに携わっています。 このため、次世代のウール、シルク、ダウン、ファー、エキゾチックスキンへの投資や革新が不十分なままとなり、将来の成長の十分な機会が提供されています。 皮革産業と比較すると、これらの他の次世代素材は生産量が少なくなりますが、単位当たりの利益が高くなる可能性があります。
2. このレポートでは、次世代のエコシステムを 100% 持続可能にする上での課題を浮き彫りにしています。 業界には農業廃棄物や微生物産物などの「原料」が組み込まれていますが、次世代繊維の配合には依然として石油や危険物質が必要となることがよくあります。 特に懸念されるのは、合成皮革によく見られるポリ塩化ビニルやその他のビニルベースのポリマーです。 耐久性にもかかわらず、化石燃料への依存、有害化合物の放出、有害な可塑剤の使用、リサイクル率の低さなどにより、最も有害なプラスチックの 1 つです。 バイオベースのポリウレタンは有望な代替品ですが、まだ開発中です。 著者らは、革新者や投資家は、バインダー、コーティング、染料、添加剤、仕上げ剤のバイオベースで生分解性バージョンを開発し、商品化する必要があると示唆しています。
3. 彼らは次世代のイノベーターに対し、ポリエステルの使用に対抗するために 100% バイオベースの合成繊維を作成することを奨励しています。 現在、ポリエステルは年間生産される繊維原料全体の55％を占めています。 持続可能なファッション業界では「最大の敵」とみなされています。 ポリエステルは現在、シルクやダウンなどの素材の「現代の」代替品として機能しているという点で複雑な素材です。 ただし、マイクロファイバーが環境中に放出される可能性があるため、環境リスクでもあります。 この報告書は、バイオベースのポリエステル繊維の開発を通じて、現行世代の戦略を持続的に改善することを提唱しています。 現在、リサイクル可能なポリエステルを製造するための技術革新が進行中ですが、寿命後の生分解性の問題が依然として懸念されています。
4. 著者らは投資家やイノベーターに対し、新しいバイオ原料を次世代材料に組み込むよう奨励している。 言い換えれば、天然繊維および半合成（セルロース系）繊維における新しい発見と技術が求められています。 綿や麻などの植物繊維は、世界の繊維生産量の約 30% を占めています。 一方、レーヨンなどの半合成繊維は最大 6% を占めます。 植物から抽出されているにもかかわらず、これらの繊維は依然として持続可能性に関する懸念を引き起こしています。 たとえば、綿花は世界の耕地面積の 2.5% を使用していますが、全農薬の 10% を使用しています。 米やアブラヤシの残留物などの農業残留物は、使用可能な繊維にアップサイクルするための実行可能なオプションを提供します。 藻類は大気中から CO2 を除去する効率が樹木より 400 倍高く、新たなバイオ原料源としての可能性もあります。
5. この分析では、次世代製品の耐用年数が終了したオプションの汎用性の向上が求められています。 著者らによれば、次世代のサプライヤー、デザイナー、メーカーには、材料の選択が製品の運命にどのような影響を与えるかを理解する責任があるという。 マイクロプラスチック汚染の最大 30% は繊維製品に由来する可能性があり、繊維製品にはさまざまな寿命のシナリオがあります。 埋め立て地に投棄されたり、エネルギーとして燃やされたり、環境中に廃棄されたりする可能性があります。 より有望な選択肢には、リサイクル/アップサイクルと生分解が含まれます。 イノベーターは、材料の生産、使用、廃棄が相互関係にあり、全体的な無駄を最小限に抑える「循環経済」に向けて取り組む必要があります。 リサイクルまたはでき、消費者の負担を最小限に抑えることができる必要があります。 この分野での潜在的なプレーヤーは、現在分解性プラスチックの製造に使用されている発酵デンプン誘導体であるポリ乳酸 (PLA) です。 将来的には 100% PLA の衣類が入手可能になる可能性があります。
6. 著者らは、研究開発 (R&D) チームが材料科学の中核原理に関する専門知識を高めるよう呼びかけています。 特に、次世代の研究者や開発者は、構造と特性の関係を理解する必要があります。 この関係をマスターすることで、研究開発チームは、特定の材料特性が材料の性能にどのように影響するのか、また、望ましい性能を達成するために材料の組成、構造、および加工を微調整する方法を評価できるようになります。 そうすることで、研究開発チームが「トップダウン」アプローチから、斬新な製品の外観と感触を強調する材料設計に方向転換するのに役立ちます。 その代わりに、バイオミミクリは、次世代材料の美しさに加えて持続可能性と耐久性を考慮した材料設計への「ボトムアップ」アプローチとして機能します。 選択肢の 1 つは、実験室で培養した動物細胞を使用して、動物そのものを使わずに「皮膚」を成長させる、組み換えタンパク質合成を使用することです。 たとえば、研究室で育てられた「皮」を動物由来の革と同じように加工してなめすことができます。
7. これはイノベーターに対し、特に細胞工学の分野でバイオテクノロジーの利用を拡大することを求めています。 培養細胞から作られる前述のラボグロウンレザーなど、多くの次世代素材はバイオテクノロジーのアプローチに依存しています。 著者らは、バイオテクノロジーが次世代材料の創造において進歩するにつれ、革新者はプロセスの 5 つの考慮事項に留意する必要があると強調しています。それは、選択した生産生物、その生物に栄養素を供給する方法、最大の成長のために細胞を「幸せ」に保つ方法、目的の製品に収穫/変換し、スケールアップします。 スケールアップ、つまり、大量の製品を妥当なコストで供給できるかどうかが、次世代材料の商業的成功を予測する鍵となります。 次世代スペースではこれを行うのが難しく、費用がかかる可能性があります。 幸いなことに、イノベーターを支援するためのアクセラレーターやインキュベーターが多数用意されています。

、議論した7つのホワイトスペースに加えて、次世代材料産業が代替タンパク質産業から教訓を学ぶことを推奨している。 これは、2 つの業界の目的とテクノロジーの類似性によるものです。 たとえば、次世代のイノベーターは菌糸体の成長（キノコベースの技術）を検討することができます。 代替タンパク質産業では、食品や精密発酵のために菌糸体の成長を利用しています。 しかし、菌糸体の独特の構造と特性により、革の代替品として有望です。 次世代材料産業も、代替タンパク質と同様に、消費者の需要の創出に注力する必要があります。 そのための 1 つの方法は、人気のファッション ブランドが動物を含まない素材を採用することです。

全体として、次世代材料産業は有望です。 ある調査では、回答者の94%が購入に前向きであることが示されました。 著者らは、動物由来の材料を直接代替する次世代製品の売上が、今後 5 年間で年間最大 80% 増加すると楽観的です。 次世代の材料が現行世代の材料の手頃な価格と有効性に匹敵すれば、業界はより持続可能な未来に向けた取り組みの先頭に立つことができます。